超巨大噴火を予測する新しい方法:超巨大噴火への静かな立ち上がり

超巨大噴火を予測する新しい方法:超巨大噴火への静かな立ち上がり 地球

ジュネーヴ大学(UNIGE)と北京大学の地質学者が、スマトラ島のトバ火山で将来起こる超巨大噴火の最大規模を推定できる技術を開発しました。

地球の気候に壊滅的な影響を与える可能性のある超巨大噴火を起こす可能性のある火山は、世界中で5~10個程度と推定されています。

そのうちの1つがスマトラ島のトバ湖の水底に隠れており、過去100万年の間に2度の超巨大噴火を起こしています。

しかし、次の噴火はいつ起こるのでしょうか?

警告のサインはあるのか?

これらの疑問に答えるため、スイスのジュネーブ大学(UNIGE)と中国の北京大学を中心とした国際地質学者チームは、ジルコン(爆発的な火山噴火で典型的に見られる鉱物)に含まれるウランと鉛のレベルの分析を開発し、火山が超巨大噴火の準備をするのにどれくらいの時間がかかったかを調べました。

残念ながら、米国科学アカデミー紀要(PNAS)に掲載されたこの結果は、通常とは異なる地質学的徴候が超巨大噴火の前兆であるという考えを否定するものでした。

このような大規模な爆発が起こるまで、マグマは静かにマグマ溜まりに蓄積されていたのです。

スマトラ島のトバ火山は、地球上で知られている最大級の噴火を2回起こしました。

1回目は84万年前、2回目は7万5千年前で、それぞれの噴火量は約2800km3で、スイス全土を7cmの厚さの灰で覆うことができ、現在進行中のラ・パルマ火山の噴火によるマグマの量の7万倍に相当します。

また、140万年前と50万年前にも小規模な噴火が起きています。

ジュネーヴ大学と北京大学の地質学者がトバ火山に興味を持ったのは、過去にトバ火山が起こしたような規模の超巨大噴火に対する人類の対応について、歴史的な記録がないからです。

このような現象が起きれば、地球の気候に影響を与え、人口の移動はもちろん、特に食料供給の面で多くの問題が発生すると考えられています。

「トバ火山はカルデラを形成しているため、過去の噴火によって大きな窪みができ、そこに水が溜まっているのです。」と、ジュネーヴ大学理学部地球科学科教授で本研究の共著者であるLuca Caricchi氏は説明します。

湖の中央には、地下火山の貯水池に注入されたマグマが押し出されて水面から浮き上がった島があります。

「この島の高さが徐々に高くなっていることから、火山が活発で、地下にマグマが溜まっていることがわかります。」と、北京大学地球宇宙科学部教授で論文の筆頭著者であるPing-Ping Liu氏は言います。

しかし、私たちは次の超巨大噴火に近づいているのでしょうか?

ジルコンに含まれるウランと鉛の測定

ジルコンは、爆発的な火山噴火の産物に含まれる鉱物です。

「ジルコンの特徴の1つは、その構造の中にウランが含まれていることです。」とPing-Ping Liuは説明します。

ウランは時間の経過とともに崩壊して鉛になります。

「そこで、ジルコンに含まれるウランと鉛の量を質量分析計で測定することで、その年代を特定することができるのです。」と地質学者は語ります。

科学者たちは、さまざまな噴火の産物から抽出した大量のジルコンの年代を決定しました。

最も若いジルコンは噴火の日付を示し、より古いジルコンは超巨大噴火に先立つマグマの蓄積の歴史を示しています。

「最初の超巨大噴火は140万年のマグマ投入を経て84万年前頃に発生したが、7万5千年後の2回目の超巨大噴火に投入されたマグマは60万年でしか蓄積されませんでした。」とLuca Caricchi氏は指摘します。

同じ規模の超巨大噴火でも、マグマの蓄積期間が半分になったのはなぜか。

「これは、トバ火山のマグマ溜まりが集まっている大陸地殻の温度が徐々に上昇していることと関係しています。」とPing-Ping Liu氏は説明します。

マグマの投入により、周囲の大陸地殻が徐々に加熱され、マグマの冷却が遅くなっているのです。

マグマが地殻を温めれば温めるほど、マグマの冷却が遅くなり、マグマの蓄積速度が速くなるという、噴火の『悪循環』に陥っているのです」と言います。

その結果、超巨大噴火がより頻繁に発生するようになるのです。

マグマの蓄積速度を推定し、次の超巨大噴火の規模を予測する

ジルコン年代学に基づくこの手法は、マグマ溜まりへのマグマ投入速度の推定にも利用できます。

Luca Caricchi氏は、「現在、トバ火山のマグマ溜まりには、約320km3のマグマが噴火の準備をしていると推定されています。」と言います。

もし今、このような噴火が起これば、人口の多いスマトラ島だけでなく、地球環境にも大きな影響を与える大惨事となるでしょう。

地質学者は、現在、トバ山のマグマ溜まりには、1000年ごとに約4km3の噴火可能なマグマが蓄積されていると推定しており、この割合は噴火の歴史を通じてほぼ安定しているといいます。

「過去2回のような規模の大噴火が次に起こるとすれば、約60万年後になるでしょう。ただし、それまでに小規模な噴火が起こる可能性も否定できません。この革新的な方法は、世界中のあらゆる火山に適用することができ、どの火山が超巨大噴火に最も近いかを特定するのに役立つでしょう。過去200万年の間に超巨大噴火がほとんど発生していないため、このような大災害の頻度について、地球規模で統計的に有意な値を得ることができなかったのですから。また、本研究では、超巨大噴火の前には異常現象が発生しないことを示しています。これは、地震の大幅な増加や地盤の急激な隆起など、差し迫った超巨大噴火の兆候は、映画業界による災害映画で描かれているほど明白ではないかもしれないことを示唆しています。トバ火山では、すべてが地下で静かに進行しています。ジルコンの分析によって、これから起こることを知ることができます。」とLuca Caricchi氏は締めくくりました。

Published by University of Geneva. Growth and thermal maturation of the Toba magma reservoir, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2101695118.